Разработка бесконтактного датчика скорости вращения валов машин

1.

Дипломный
проект
На тему: «Разработка бесконтактного датчика скорости
вращения валов машин из хромоникелевых и ферромагнитых
сталей на базе магнитных преобразователей»
САУРБАЕВА М.С.
ГР. ПС-15-2

2.

Цель и зачади дипломного проекта
Целью
моего
дипломного
проекта
является:
Разработка
бесконтактного датчика скорости вращения валов машин из
хромоникелевых и ферромагнитных сталей на базе магнитных
преобразователей
Задачей дипломного проекта является: Создание
простого в использовании, недорогого тахометра
портативного,
Почему именно «Это»? Потому что:
1) Сейчас на рынке очень много тахометров, но не все они портативные
2) Многие из них очень дорогие, и сложны в ремонте
3) Достаточно сложно подобрать необходимый
определенную организацию и ее требования.
тахометр
под
4) Широкая целевая аудитория на рынке, возможность использовать на
любых двигателях или агрегатах, имеющие в конструкции вращающиеся
валы

3.

Анализ
существующих
методов
измерения
скорости
вращения
А КАКИЕ ЖЕ МЕТОДЫ
ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ
ВРАЩЕНИЯ ВООБЩЕ НАМ
ИЗВЕСТНЫ?

4.

Конический центробежный
тахометр
1 – муфта; 2 – пружина

5.

Оптический тахометр
1 – световой пучок; 2 – ось; 3 – источник;
4 – линза; 5 – оптический приемник.

6.

7.

Анализ
существующих
бесконтактных
преобразователей
физической
величины в
электрический
сигнал
А КАКИЕ ТОГДА МЕТОДЫ
БЕСКОНТАКТНОГО
ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ
ВРАЩЕНИЯ СУЩЕСТВУЮТ?

8.

Схема датчика с переменным
магнитным сопротивлением
1 – постоянный магнит; 2 – сердечник;
3 – катушка ; 4 – диск

9.

Принципиальная схема
магнитоиндукционного тахометра
1 – стрелка указателя; 2 – пружина;
3 – цилиндрический колпачок;
4 – постоянный магнит; 5 – ось.

10.

Схемы электрических тахометров
постоянного тока
а) – с вращающимся постоянным магнитом
б) – с вращающимся якорем
1 – постоянный магнит; 2 – обмотка; 3 –
постоянные магниты; 4 – обмотка якоря; 5 –
коллектор; 6 – щетки

11.

Тахометр с датчиком Холла
Принцип действия
Схема монтажа

12.

13.

1) ДЛЯ ЧЕГО?
Разработка
технических
требований к
датчику
2) ГДЕ МОЖНО
ПРИМЕНЯТЬ?
3) НАСКОЛЬКО
НАДЕЖНЫЙ?
4) КАКАЯ КОНСТРУКЦИЯ?
5) КАКИЕ ФУНКЦИИ?

14.

На эти вопросы есть ответы!
1) Датчик для бесконтактного измерения скорости вращения вала из
хромоникелевых ферромагнитных сталей, частей машин и механизмов,
используемых в различных областях промышленности. В комплекте:
чувствительный элемент, первичный преобразователь, блок индикации, набор
шестерен.
2) Климатические условия применения согласно ГОСТ 15150:
- температура окружающего воздуха (от +1 5 до +25) °С;
- относительная влажность воздуха при температуре воздуха 25°С должна
быть 45 - 80%,
- атмосферное давление должно быть в пределах 84-106,7 кПа.
3) Надежность:
Срок службы – не менее 12 лет.
Наработка на отказ – не менее 75000ч.
Время восстановления – не более 120мин.
4) конструкция:
Величина рабочего зазора – (0,02 – 0,6) мм.
При необходимости на вал запрессовать шестерню.

15.

5) Функции:
- измерение скорости вращения и индикацию текущих показаний на
табло;
- выдачу на блок индикации «L». Это означает, что скорость вращения
меньше нижней границы измерения на данном диапазоне;
- выдачу на блок индикации «E--L». Это неисправность линии связи;
- возможность подключения к ЭВМ.
- диапазон скорости от 10 до 12000 об/мин.
- питание от сети;
- потребляемая мощность не более 10 Вт;
- погрешность не более 0,3%.

16.

Разработка
структурной
схемы датчика и
выбор
элементной
базы
РАЗРАБОТАЛА
СТРУКТУРНУЮ СХЕМУ
ИСХОДЯ ИЗ МОИХ
ТЕХНИЧЕСКИХ ТРЕБОВАНИЙ

17.

18.

Описание структурной схемы:
ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ «монолитный» магниторезистор. Его действие основано на эффекте
Гаусса, т.е возрастает сопротивление проводника (или полупроводника) при помещении его в
магнитное поле.
ПЕРВИЧНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ - операционный усилитель.
КОНТРОЛЬ ЛИНИИ - выявляетя обрыв или замыкание на «общей» линии.
ЗАЩИТА ЛИНИИ - защита контроллера при случайном возникновении на линии больших
напряжений.
ФОРМИРОВАТЕЛЬ СИГНАЛА обеспечивает нужную крутизну фронтов импульсов поступающих на
контроллер и частично обеспечивает помехозащищенность сигнала с датчика.
PIC принимает входные сигналы от ФОРМИРОВАТЕЛЯ сигнала и от КОНТРОЛЯ И ЗАЩИТЫ линии.
БЛОК ИНДИКАЦИИ - шесть семисегментных знакосинтезирующих светодиодных матриц, они
индицируют скорость вращения. При сборке индикаторы ставят на передней панели, слева
направо, начиная с HL1 (старший разряд).
БЛОК РУЧНОГО УПРАВЛЕНИЯ позволяет задавать время измерения из имеющихся диапазонов.
СВЯЗЬ С ЭВМ осуществляется по протоколу RS485, что дает возможность передачи информации
на достаточно большое расстояние.
БЛОК ПИТАНИЯ предназначен для питания напряжением +5В датчика и вторичного
преобразователя.

19.

Разработка
принципиальной
схемы датчика
ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА
ДАТЧИКА СКОРОСТИ
ВРАЩЕНИЯ ПРЕДСТАВЛЕНА
НА СЛЕДУЮЩЕМ СЛАЙДЕ.

20.

21.

Разработка
алгоритма
функционирования
датчика скорости
вращения
АЛГОРИТМ
ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ
ДАТЧИКА СКОРОСТИ
ВРАЩЕНИЯ ПОКАЗАН НА
СЛЕДУЮЩЕМ СЛАЙДЕ.

22.

23.

Установка датчика на объекте
Характеристики:
Диапазон измерения: 9999 - 10000об / мин
Питание: DC 8 ~ 24V или AC 6 ~ 18V
Ток потребления: 20mA
Точность измерения: ± 0.5-1.5 об / мин
Разрядность: 4
Размеры: 78mm x 42mm x 24mm
Посадочный размер: 76.5mm x 39.5mm
Рабочая температура: -10 ~ 60 ℃
Размер магнита: Φ 6 mm * 3 mm или Φ
12/10 mm * 1mm (в комплекте)
Расстояние до магнита: не более 6 мм
Размер сенсора: M12x10x55mm (Φ12mm)

24.

Заключение
За основу разработки индукционного тахометра выбран датчик с
переменным магнитным сопротивлением. По сравнению с другими
рассмотренными преобразователями он является одним из простых с
точки зрения конструкции. Преобразователь не содержит дорогостоящих
деталей. Он удобен с точки зрения взаимозаменяемости и ремонта.
Преобразователь данного типа можно выполнить в закрытом
исполнении, что позволяет использовать его в неблагоприятных условиях.
Еще одним преимуществом данного преобразователя является жесткое
скрепление его вала с валом объекта, частоту вращения которого
необходимо измерить. Его конструкция позволяет использование как в
лабораторных условиях, так и на производстве.
Целей и задач, поставленных перед мной и моим руководителем, на
наш взгляд, мы достигли. С разработкой мы справились, рынок изучен.
Мы считаем, данный бесконтактный датчик вполне востребован на
рынке, имеющих в конструкции вращающиеся валы, машин